宋奇鴻

(廣州市城市規(guī)劃勘測設(shè)計(jì)研究院，廣東 廣州 510060)

1 引 言

廣州地處珠江三角洲河網(wǎng)地帶，中心城區(qū)轄內(nèi)有河涌231條，總長約913 km，如圖1所示，大大小小的河涌在廣州的社會發(fā)展中具有排洪泄污及交通運(yùn)輸雙重功能。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展與城市化的加快，廣州市內(nèi)河涌污染問題日趨嚴(yán)重，生態(tài)調(diào)節(jié)功能逐漸喪失。車陂涌是天河區(qū)7條河涌中流域面積最大的河涌，如圖2所示，源于北部的龍洞水庫，穿過華南路和環(huán)城高速公路，在馬鞍山橋上游與新塘水匯合，然后再向南穿過廣園快速公路、廣深鐵路、中山大道、黃埔大道東，最后匯入珠江。

本文以車陂涌為例，探討河涌綜合整治改造輔助設(shè)計(jì)測量的前期地理信息數(shù)據(jù)獲取方法，建立基于多時(shí)相三維影像模型的河涌整治效果評價(jià)方法，并通過大比例尺地圖制圖綜合和空間地物要素動(dòng)態(tài)更新機(jī)制實(shí)現(xiàn)成果數(shù)據(jù)的表達(dá)，并在最后進(jìn)行了總結(jié)。

圖1 廣州市河涌分布圖

圖2 車陂涌示意圖

2 河涌綜合整治改造輔助設(shè)計(jì)測量

車陂涌河寬較窄，沿涌多崩岸，下游沿涌建筑物多，過水?dāng)嗝娌蛔悖诠δ苌现槐憩F(xiàn)為沿線流域排澇及排污通道的作用，通過綜合整治，還規(guī)劃實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)氣溫、凈化空氣、塑造城市景觀功能、帶動(dòng)河涌周圍經(jīng)濟(jì)發(fā)展的功能。同時(shí)，車陂涌枯水期流量不足、河水黑臭、涌底顯露，其綜合整治還提出提水—輸水—蓄水—補(bǔ)水工程，有效解決河涌枯水期和截污后涌內(nèi)缺水的問題，顯著改善河涌水環(huán)境現(xiàn)狀。為輔助堤岸改造、河涌線路調(diào)整和橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，需要精確測量堤岸和臺階位置，橋面標(biāo)高、橋梁底部、帽梁底部和橋臺標(biāo)高等，以滿足堤岸景觀設(shè)計(jì)、河涌線路設(shè)計(jì)、橫梁位置設(shè)計(jì)、上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、下部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等。

車陂涌綜合整治附屬工程改造和截污管道鋪設(shè)方面，主要需輔助測量管線數(shù)據(jù)、橋梁伸縮縫數(shù)據(jù)和市政路口涵洞數(shù)據(jù)，如圖3、圖4所示，以滿足在橋面和路面上設(shè)置縱橫坡排水。同時(shí)在各軸橋面低側(cè)防撞墻處設(shè)一平入式進(jìn)水口，接梁體翼緣下方的排水管，并沿固定于橋墩表面的排水管而下，接到排水系統(tǒng)。此外，結(jié)合橋梁分跨情況，在梁端與橋臺背墻之間的橋面設(shè)置橫向的伸縮縫，伸縮縫與橋面連接必須牢靠，在主要市政路位設(shè)計(jì)排污口和截污口，接入原來污水處理系統(tǒng)。

圖3車陂涌管線綜合橫斷面

圖4 車陂涌綜合改造水溝及管線斷面測量

3 多時(shí)相三維影像模型的河涌整治效果評價(jià)方法

考慮到河涌整治的時(shí)間跨度一般較大，歷時(shí)幾年甚至十幾年，因此，不同階段不同時(shí)期的河涌現(xiàn)狀成為有關(guān)部門進(jìn)行監(jiān)督和審批的重要依據(jù)?？紤]到城市黑臭水體遙感反射率較低，在一定范圍內(nèi)整體走勢很平緩，雖然波動(dòng)但峰谷并不突出的特點(diǎn)，可以基于單波段閾值、波段比值、和色度的特征作為其遙感識別的重要特征，建立一套基于多時(shí)相三維影像模型的河涌整治效果的評價(jià)方法。本文通過采取定期無人機(jī)航攝的模式，獲取各時(shí)間節(jié)點(diǎn)的多時(shí)相三維影像，并通過點(diǎn)云的多級簡化生成對應(yīng)層級的網(wǎng)格模型，得到河涌沿線重要信息的細(xì)節(jié)層次(LOD)，一方面為實(shí)時(shí)監(jiān)控河涌整治效果和政府決策提供科學(xué)的數(shù)據(jù)支撐，另一方面也為測繪生產(chǎn)的外業(yè)檢查提供了重要參考。

綜合考慮無人機(jī)續(xù)航時(shí)間和帶狀條件，數(shù)據(jù)采集分正攝、前視、后視、左視、右視，采用5個(gè)方位進(jìn)行。在獲得傾斜影像后，經(jīng)過勻光勻色后，進(jìn)行多視角影像的幾何校正、聯(lián)合平差等處理流程，運(yùn)算生成基于影像的超高密度點(diǎn)云，從而構(gòu)建TIN模型，并以此生成基于影像紋理的高分辨率傾斜攝影三維模型，如圖5所示。

圖5 無人機(jī)傾斜攝影測量基本原理

對于單張傾斜影像的姿態(tài)恢復(fù)主要基于3個(gè)場景約束條件，也即鉛垂線、平面直角和平行線?；阢U垂線約束的姿態(tài)恢復(fù)，地面鉛垂線在影像上對應(yīng)的直線均相交于像底點(diǎn)，其中像底點(diǎn)為過影像透視中心的鉛垂線與影像面的交點(diǎn)，若成像面水平，則像底點(diǎn)與像主點(diǎn)重合，如圖6所示。通過計(jì)算得到像底點(diǎn)坐標(biāo)(xp，yp，-f)，假設(shè)影像上量測的鉛垂線投影方程為U·x+V·y+W=0。由于所有鉛垂線在影像上的投影線均經(jīng)過像底點(diǎn)，則有U·xp+V·yp+W=0。

圖6 基于鉛垂線約束的姿態(tài)恢復(fù)

圖7 基于平面直角約束的姿態(tài)恢復(fù)

幾何糾正后，進(jìn)行同名點(diǎn)匹配和區(qū)域網(wǎng)聯(lián)合平差，最后將平差后的數(shù)據(jù)(三個(gè)坐標(biāo)信息及三個(gè)方向角信息)賦予每張傾斜影像，使得他們具有在虛擬三維空間中的位置和姿態(tài)數(shù)據(jù)，至此傾斜影像即可進(jìn)行實(shí)時(shí)量測，每張斜片上的每個(gè)像素對應(yīng)真實(shí)的地理坐標(biāo)位置。如圖8、圖9、圖10分別為車陂涌(部分河段)傾斜攝影測量得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)、mesh模型和三維影像模型。

圖8 車陂涌點(diǎn)云數(shù)據(jù) 圖9 車陂涌mesh模型 圖10 車陂涌三維影像模型

4 成果數(shù)據(jù)的表達(dá)與質(zhì)量

4.1 城市大比例地圖的制圖綜合方法實(shí)踐

1∶2 000帶狀地形圖在1∶500圖的基礎(chǔ)上通過自動(dòng)綜合為主、人機(jī)交互為輔的制圖綜合工藝得到。本文主要采用選取、化簡、概括、位移、拓寬等方法，遵循先主要地物、后附屬設(shè)施，先面狀地物與線狀地物、后點(diǎn)狀地物的原則，通過定制參數(shù)的方式，根據(jù)要素特征自動(dòng)識別處理，實(shí)現(xiàn)前期制圖綜合的主要工作量，同時(shí)避免了手工操作的人為失誤，保證了縮編數(shù)據(jù)的質(zhì)量。部分?jǐn)?shù)據(jù)處理工作和圖面整理工作則需要自動(dòng)與人機(jī)交互相結(jié)合的方式進(jìn)行。

具體的技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程如圖11所示：

圖11 數(shù)據(jù)綜合縮編流程圖

4.2 空間地物要素動(dòng)態(tài)更新

考慮到開發(fā)組件需要直接嵌入到EPS 2008平臺中的“SDE管理”菜單命令，本文采用ArcEngine 9.2進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了兩者數(shù)據(jù)的集成和銜接，并建立基于ArcEngine的空間地物要素動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，較好地實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的采集、生產(chǎn)與管理一體化組織。其基本操作步驟有：

①下載SDE數(shù)據(jù)庫中某一待更新區(qū)域內(nèi)的所有數(shù)據(jù)到前端數(shù)據(jù)生產(chǎn)平臺EPSW 2008的EDB格式數(shù)據(jù)中，此時(shí)每一個(gè)都帶有唯一ID碼(FeatureGU ID)、采集時(shí)間以及更新時(shí)間。

②作業(yè)組拿到待更新的EDB數(shù)據(jù)后，在進(jìn)行外業(yè)修測或更新時(shí)，以每一個(gè)地物要素為基本對象單元，進(jìn)行相應(yīng)的編輯、修改或刪除等。

③修測完的EDB數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)檢查后，利用“SDE管理”菜單中“數(shù)據(jù)檢測入庫(EPS→SDE)”功能，對于在EDB數(shù)據(jù)中新增或修改過的地物要素，將該地物寫入到SDE庫中，對于在EDB數(shù)據(jù)中刪除的地物要素，則刪除SDE現(xiàn)勢庫中的該要素。

④系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行搜索檢測，并提示檢測結(jié)果，包括新增、修改、刪除了多少地物等等，結(jié)果確認(rèn)后，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)入庫。

4.3 數(shù)據(jù)質(zhì)量

本文通過采用GZCORS RTK測量方式布設(shè)103個(gè)三級點(diǎn)作為控制起算點(diǎn)，對成果數(shù)據(jù)的地物點(diǎn)、地物間距及高程注記進(jìn)行設(shè)站檢查，并進(jìn)行精度統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如表1所示。經(jīng)實(shí)地檢測點(diǎn)位中誤差、間距中誤差及高程中誤差指標(biāo)均在允許誤差范圍內(nèi)。1∶2 000地形圖編繪檢查采用內(nèi)業(yè)確認(rèn)方式進(jìn)行，經(jīng)內(nèi)業(yè)對比，與編繪前 1∶500地形圖同名點(diǎn)坐標(biāo)吻合，編繪后 1∶2 000地形圖數(shù)學(xué)精度與原 1∶500地形圖數(shù)學(xué)精度相符。

檢測精度統(tǒng)計(jì)表 表1

5 結(jié) 論

河涌綜合整治工作越來越受到各級政府和社會的關(guān)注。本文以廣州車陂涌為例，討論河涌綜合整治改造輔助設(shè)計(jì)測量等河涌測量工藝方法和多時(shí)相三維影像模型的河涌整治效果評價(jià)方法，并通過自動(dòng)綜合為主、人機(jī)交互為輔的制圖綜合方法和空間地物要素動(dòng)態(tài)更新機(jī)制實(shí)現(xiàn)成果數(shù)據(jù)表達(dá)，為河涌綜合整治提供了精確的前期地理信息基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對現(xiàn)階段同類型河涌整治測量工作具有一定借鑒意義。